WO2020016521A1 - Procédé de détermination de l'état de fonctionnement d'une batterie et batterie mettant en oeuvre un tel procédé - Google Patents
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Definitions
- the invention relates, in general, to the batteries of electric accumulator cells and relates more particularly to the control of the proper functioning of such a battery in order to ensure that the battery is capable of satisfying operating conditions, or usage profiles imposed on it.
- the invention relates to a method for determining the operating state of a battery on board an aircraft.
- the battery communicates with the electrical distribution system only on its operating state.
- a battery may be unavailable, vis-à-vis a usage profile which is requested of it, due to a modification of its parameters which influence its performance.
- the battery's incapacity can come from a state of charge, or SOC (for "State of Charge” in English), insufficient or a decrease in its performance due to a too low temperature.
- the available capacity that is to say the capacity which it is capable of exchanging with a charge
- the value of the internal resistance of the battery increases when the temperature drops, causing a consecutive drop in the voltage delivered.
- the capacity available from the battery depends on the operational conditions, the capacity stored is that which is actually present in the battery. When the operating conditions are optimal, the available capacity joins the stored capacity. This is in particular the case at low current speed or at high temperature.
- the inability of the battery to deliver a usage profile can also result from its aging, which depends on the conditions of use and storage of the battery.
- the aging of the battery affects the available capacity of the battery but also its internal resistance, thus helping to limit the availability of the battery, depending on its aging.
- the object of the invention is to analyze the operating state of a battery with respect to a predetermined usage profile.
- Another object of the invention is to provide a method for determining the operating state of a battery making it possible to provide the operating state of the battery with respect to a usage profile in order, in particular, to implement measures making it possible to act on the operating parameters of the battery so that it is able to meet the usage profile which is requested of it.
- the invention therefore relates, according to a first aspect, to a method for determining the operating state of a battery with respect to one or more use profiles, comprising:
- a prior learning step during which one defines, for one or more usage profiles, operational limits of said battery as a function of parameters of the battery; said operational limits delimiting an area operational in which the battery executes the use profile or profiles and a non-operational zone in which the battery does not execute the use profile or profiles,
- a comparison step in which the operational limits from the learning step and the operating battery parameters from the determination step are compared and the battery is positioned in the operational or non-operational area.
- the prior learning phase makes it possible to know, for each use profile, the operational limits between an available state and an unavailable state, as a function of the battery parameters.
- the parameters of the battery include the temperature, the level of charge of the battery and one or more parameters of aging of the battery.
- the aging parameters of the battery are the internal resistance and the available capacity of the battery.
- the method also comprises an analysis step in which the parameter or parameters to be adjusted are analyzed so that the battery returns to the operational area.
- the parameter or parameters to be adjusted are chosen from the temperature and the charge level.
- a battery comprising a system for managing the operating state of the battery, which comprises memory means in which operational limits of the battery are stored as a function of parameters. of the battery, said operational limits delimiting an operational area in which the battery performs the usage profiles and a non-operational zone in which the battery does not execute the usage profile (s), means for determining parameters of the battery in operation for a given usage profile and comparison means for comparing the operational limits stored in the storage means and said battery parameters and for positioning the battery in the operational or non-operational zone.
- FIG. 1 shows the operational limit of a battery, depending on the evolution of the temperature and the state of charge, which is obtained at the end of the first learning phase;
- FIG. 2 shows the evolution of the operational limit of a battery as a function of the variation of the state of charge, of the temperature of the battery and of its aging state, which is obtained at the end of the first learning phase;
- FIG. 4 is a schematic view of a battery implementing a method according to the invention.
- This method is, for example, implemented to control the operation of a battery in an on-board system, in particular on board an aircraft.
- This process is advantageously implemented by a management system which is for example integrated into the battery and which is duly programmed to implement such a process.
- the method according to the invention essentially comprises two phases, one constituting a learning phase and the other a test phase proper.
- the learning phase the operational limits of the battery are determined for a set of usage profiles, as a function of the value of parameters of the battery which will influence its performance.
- These operating parameters include the battery temperature and the state of charge (SOC) of the battery.
- This prior learning phase consists of implementing tests, for each use profile from a set of predetermined use profiles. These tests are carried out, for each use profile, at several temperatures and states of charge, in order to determine the operational limits of the battery for the use profile in question.
- test phases are for example carried out between a minimum temperature value Tmin up to a maximum temperature value Tmax and for states of charge between a minimum value SOCmin and a maximum value SOCmax.
- Each test phase consists in checking whether the battery, for a given temperature T and a state of charge SOC, is capable of providing the usage profile which is required of it, in terms of voltage level, current level, power or electrical energy, for a predefined duration or duration ranges.
- the operational limit here is a function h (SOC, T) which makes it possible to discriminate between an operational state of the battery "profile supplied” (zone I) with respect to a given operational profile and a non-operational state.
- operational "profile not supplied” (zone II) vis-à-vis the envisaged use profile.
- these tests are also carried out for various aging states, that is to say for various values of variation of internal resistance and of the available capacity of the AR and AC battery varying between 0, for a new battery, and ARmax and ACmax.
- an identification is made of the current battery parameters. These parameters are constituted here by the operational conditions including the SOCk state of charge and the temperature Tk.
- the aging state of the battery is also identified by determining the increase in internal resistance AR and the loss of capacity AC (step 2).
- This state of aging and in particular the values of increase in internal resistance and capacity, can be obtained by means of conventional techniques, for example using a test algorithm.
- the operating point thus determined (SOCk, Tk) is determined relative to the operational limit.
- the operating point thus determined is compared with the operational limit.
- step 4 If the battery is located in the aptitude zone, it is then considered that the battery is available for the mission entrusted to it (step 4).
- step 5 If this is not the case, the battery is considered to be unavailable (step 5).
- the heating value DT is in particular an internal indicator in the battery since the heater, when it is present, is generally integrated in the battery and is regulated by the control system.
- the recharge request is however an external indicator which is delivered outside the battery to cause it to be recharged.
- the method which has just been described can advantageously be implemented within a battery comprising a set of cells C l, ..., Cn and a management system 6 comprising means for storage 7 in which operational limits of the battery are stored as a function of battery parameters which influence the performance of the battery, for a set of usage profiles, and calculation means 8 integrating means for determining parameters current of the battery and means for comparing a usage profile to be tested with operational limits extracted from the storage means and corresponding to said current parameters, for said usage profile to be tested.
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Abstract
Procédé de détermination de l'étatde fonctionnement d'une batterie et batterie mettant en œuvre un tel procédé L'invention concerne un procédé de détermination de l'état de fonctionnement d'une batterie vis-à-vis d'un ou de plusieurs profils d'utilisation. Ce procédé comprend: -une étape d'apprentissage préalable au cours de laquelle on définit, pour un ou plusieurs profils d'utilisation, des limites opérationnelles de ladite batterie en fonction de paramètres de la batterie; lesdites limites opérationnelles délimitant une zone opérationnelle dans laquelle la batterie exécute le ou les profils d'utilisation et une zone non opérationnelle dans laquelle la batterie n'exécute pas le ou les profils d'utilisation, -une étape de détermination de l'état de fonctionnement de la batterie pour un profil d'utilisation donné au cours de laquelle on détermine les paramètres de la batterie en fonctionnement,et -une étape de comparaison dans laquelle on compare les limites opérationnelles issues de l'étape d'apprentissage et les paramètres de la batterie en fonctionnementissus de l'étape de détermination et on positionne la batterie dans la zone opérationnelle ou non opérationnelle.
Description
Procédé de détermination de l’état de fonctionnement d’une batterie et batterie mettant en œuvre un tel procédé
L’invention concerne, de manière générale, les batteries de cellules d’accumulateurs électriques et concerne plus particulièrement le contrôle du bon fonctionnement d’une telle batterie afin de s’assurer que la batterie est capable de satisfaire à des conditions de fonctionnement, ou profils d’utilisation, qui lui sont imposés.
Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un procédé de détermination de l’état de fonctionnement d’une batterie embarquée à bord d’un aéronef.
Traditionnellement, en cas de défaillance d’une batterie, son système de contrôle se charge de prendre certaines mesures, en commençant souvent par déconnecter la batterie du réseau électrique auquel elle est raccordée.
La batterie communique avec le système de distribution électrique uniquement sur son état de fonctionnement.
En effet, une batterie peut être indisponible, vis-à-vis d’un profil d’utilisation qui lui est demandé, en raison d’une modification de ses paramètres qui influent sur ses performances.
L’incapacité de la batterie peut provenir d’un état de charge, ou SOC (pour « State of Charge », en anglais), insuffisant ou d’une baisse de ses performances en raison d’une température trop basse.
En effet, lorsque la température de la batterie diminue, la capacité disponible, c’est-à-dire la capacité qu’elle est capable d’échanger avec une charge, diminue. De même, la valeur de la résistance interne de la batterie augmente lorsque la température baisse, engendrant une chute consécutive de la tension délivrée. Ainsi, lorsque la tension que la batterie est capable de fournir baisse en dessous d’une valeur de seuil minimale, la batterie devient incapable d’accomplir la mission qui lui est confiée. Alors que la capacité
disponible de la batterie dépend des conditions opérationnelles, la capacité stockée est celle qui est réellement présente dans la batterie. Lorsque les conditions de fonctionnement sont optimales, la capacité disponible rejoint la capacité stockée. Tel est en particulier le cas à faible régime de courant ou à température élevée.
Outre les paramètres de la batterie précités, l’incapacité de la batterie à délivrer un profil d’utilisation peut également provenir de son vieillissement qui dépend des conditions d’usage et de stockage de la batterie.
Le vieillissement de la batterie influe sur la capacité disponible de la batterie mais également sur sa résistance interne, contribuant ainsi à limiter la disponibilité de la batterie, en fonction de son vieillissement.
On connaît, dans l’état de la technique, des méthodes permettant d’estimer l’aptitude d’une batterie à fournir un profil de puissance prédéterminée. Cependant de telles méthodes ne sont pas satisfaisantes.
Au vu de ce qui précède, l’invention a pour obj ectif d’analyser l’état de fonctionnement d’une batterie vis-à-vis d’un profil d’utilisation prédéterminé.
Un autre but de l’invention est de fournir un procédé de détermination de l’état de fonctionnement d’une batterie rendant possible de fournir l’état de fonctionnement de la batterie vis-à-vis d’un profil d’utilisation afin, notamment, de mettre en œuvre des mesures permettant d’agir sur les paramètres de fonctionnement de la batterie pour qu’elle soit en mesure de satisfaire au profil d’utilisation qui lui est demandé.
L’invention a donc pour objet, selon un premier aspect, un procédé de détermination de l’état de fonctionnement d’une batterie vis-à-vis d’un ou de plusieurs profils d’utilisation, comprenant:
une étape d’apprentissage préalable au cours de laquelle on définit, pour un ou plusieurs profils d’utilisation, des limites opérationnelles de ladite batterie en fonction de paramètres de la batterie; lesdites limites opérationnelles délimitant une zone
opérationnelle dans laquelle la batterie exécute le ou les profils d’utilisation et une zone non opérationnelle dans laquelle la batterie n’exécute pas le ou les profils d’utilisation,
- une étape de détermination de l’état de fonctionnement de la batterie pour un profil d’utilisation donné au cours de laquelle on détermine les paramètres de la batterie en fonctionnement, et
- une étape de comparaison dans laquelle on compare les limites opérationnelles issues de l’étape d’apprentissage et les paramètres de la batterie en fonctionnement issus de l’étape de détermination et on positionne la batterie dans la zone opérationnelle ou non opérationnelle.
Ainsi, la phase d’apprentissage préalable permet de connaître, pour chaque profil d’utilisation, les limites opérationnelles entre un état disponible et un état indisponible et ce, en fonction des paramètres de la batterie.
Il est ainsi possible de connaître la disponibilité future de la batterie pour un profil d’utilisation à tester par comparaison avec les limites opérationnelles prédéterminées.
Dans un mode de mise en œuvre, les paramètres de la batterie comprennent la température, le niveau de charge de la batterie et un ou des paramètres de vieillissement de la batterie.
Par exemple, les paramètres de vieillissement de la batterie sont la résistance interne et la capacité disponible de la batterie.
Selon une autre caractéristique, le procédé comprend en outre une étape d’analyse dans laquelle on analyse le ou les paramètres à ajuster pour que la batterie revienne dans la zone opérationnelle.
Par exemple, le ou les paramètres à ajuster sont choisis parmi la température et le niveau de charge.
L’invention a également pour objet, selon un autre aspect, une batterie comprenant un système de gestion de l’état de fonctionnement de la batterie, qui comporte des moyens de mémorisation dans lesquels sont stockées des limites opérationnelles de la batterie en fonction de paramètres de la batterie, lesdites limites opérationnelles délimitant une zone opérationnelle dans laquelle la batterie exécute le ou les
profils d’utilisation et une zone non opérationnelle dans laquelle la batterie n’exécute pas le ou les profils d’utilisation, des moyens pour déterminer des paramètres de la batterie en fonctionnement pour un profil d’utilisation donné et des moyens de comparaison pour comparer les limites opérationnelles stockées dans les moyens de mémorisation et lesdits paramètres de la batterie et pour positionner la batterie dans la zone opérationnelle ou non opérationnelle.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux figures annexées sur lesquelles :
- la figure 1 montre la limite opérationnelle d’une batterie, en fonction de l’évolution de la température et de l’état de charge, qui est obtenue à l’issue de la première phase d’apprentissage ;
- la figure 2 montre l’évolution de la limite opérationnelle d’une batterie en fonction de la variation de l’état de charge, de la température de la batterie et de son état de vieillissement, qui est obtenue à l’issue de la première phase d’apprentissage ;
- la figure 3 montre les principales étapes de la phase de test du procédé selon l’invention ; et
- la figure 4 est une vue schématique d’une batterie mettant en œuvre un procédé conforme à l’invention.
On va maintenant décrire, en référence aux figures 1 à 3 les principales phases d’un procédé de détermination de l’état de fonctionnement d’une batterie selon un mode de mise en œuvre de l’invention. Ce procédé est par exemple mis en ouvre pour contrôler le fonctionnement d’une batterie dans un système embarqué, notamment embarqué à bord d’un aéronef.
Ce procédé est avantageusement mis en œuvre par un système de gestion qui est par exemple intégré à la batterie et qui est dûment programmé pour mettre en œuvre un tel procédé.
Le procédé selon l’invention comporte essentiellement deux phases constituant l’une une phase d’apprentissage et l’autre une phase de test proprement dite.
Au cours de la phase d’apprentissage, on détermine les limites opérationnelles de la batterie pour un ensemble de profils d’utilisation, en fonction de la valeur de paramètres de la batterie qui vont influer sur ses performances.
Ces paramètres de fonctionnement sont notamment la température de la batterie et l’état de charge (SOC) de la batterie.
Cette phase d’apprentissage préalable consiste à mettre en œuvre des tests, pour chaque profil d’utilisation d’un ensemble de profils d’utilisations prédéterminés. Ces tests sont effectués, pour chaque profil d’utilisation, à plusieurs températures et états de charge, afin de déterminer les limites opérationnelles de la batterie pour le profil d’utilisation en question.
Comme illustré sur la figure 1 , ces phases de test sont par exemple réalisées entre une valeur de température minimale Tmin jusqu’à une valeur de température maximale Tmax et pour des états de charge compris entre une valeur minimale SOCmin et une valeur maximale SOCmax. Chaque phase de test consiste à vérifier si la batterie, pour une température T et un état de charge SOC donnés est capable de fournir le profil d’utilisation qui lui est demandé, en terme de niveau de tension, de niveau de courant, de puissance ou d’énergie électrique, pour une durée ou des plages de durées prédéfinies.
La limite opérationnelle est ici une fonction h(SOC,T) qui permet d’effectuer une discrimination entre un état opérationnel de la batterie « profil fourni » (zone I) vis-à-vis d’un profil opérationnel donné et un état non opérationnel « profil non fourni » (zone II) vis-à- vis du profil d’utilisation envisagé.
Comme le montre la figure 2, ces tests sont en outre réalisés pour divers états de vieillissement, c’est-à-dire pour diverses valeurs de variation de résistance interne et de la capacité disponible de la batterie AR et AC variant entre 0, pour une batterie neuve, et ARmax et ACmax.
Ainsi, la limite opérationnelle entre un état opérationnel et un état non opérationnel vis-à-vis d’un profil d’utilisation donné est délimitée par une surface h(SOC,T,AR,AC) variant en fonction de
l’état de charge entre une valeur minimale SOCmin et une valeur maximale SOCmax et des valeurs de température variant entre une valeur minimale Tmin et une valeur maximale Tmax et variant en fonction du vieillissement de la batterie, entre un état neuf (AR=0 et AC=0) et un état de vieillissement maximal (AR= ARmax et AC =
ACmax).
Lors d’une phase de test proprement dite de la batterie, pour vérifier si la batterie est capable de fournir un profil d’utilisation à tester, lors d’une première étape 1 on procède à une identification des paramètres actuels de la batterie. Ces paramètres sont ici constitués par les conditions opérationnelles comprenant l’état de charge SOCk et la température Tk.
On procède également à l’identification de l’état de vieillissement de la batterie en déterminant l’augmentation de la résistance interne AR et la perte de capacité AC (étape 2).
Cet état de vieillissement, et en particulier les valeurs d’augmentation de la résistance interne et de capacité, peut être obtenue au moyen de techniques conventionnelles, par exemple à l’aide d’un algorithme par test.
En se référant par exemple à la figure 1 , le point de fonctionnement ainsi déterminé (SOCk,Tk) est déterminé par rapport à la limite opérationnelle.
Ainsi, lors de l’étape 3 suivante, on compare le point de fonctionnement ainsi déterminé et la limite opérationnelle.
Si la batterie se situe dans la zone d’aptitude, on considère alors que la batterie est disponible pour la mission qui lui est confiée (étape 4).
Si tel n’est pas le cas, on considère que la batterie est indisponible (étape 5).
Toutefois, au cours de cette étape, on détermine les variations
ASOC et AT à apporter à l’état de charge, d’une part, et à la température, d’autre part, pour lui permettre d’atteindre la zone opérationnelle.
La valeur de réchauffement DT est notamment un indicateur interne à la batterie puisque le réchauffeur, lorsqu’il est présent, est généralement intégré dans la batterie et est régulé par le système de contrôle.
La demande de recharge est par contre un indicateur externe qui est délivré à l’extérieur de la batterie pour provoquer sa recharge.
Dans le mode de mise en œuvre qui vient d’être décrit, les limites opérationnelles sont fixées pour chaque profil d’utilisation.
En référence à la figure 4, le procédé qui vient d’être décrit peut avantageusement être mis en œuvre au sein d’une batterie comprenant un ensemble de cellules C l , ... , Cn et un système de gestion 6 comportant des moyens de mémorisation 7 dans lesquels sont stockées des limites opérationnelles de la batterie en fonction de paramètres de la batterie qui influent sur les performances de la batterie, pour un ensemble de profils d’utilisation, et des moyens de calculs 8 intégrant des moyens pour déterminer des paramètres actuels de la batterie et des moyens pour comparer un profil d’utilisation à tester à des limites opérationnelles extraites des moyens de mémorisation et correspondant auxdits paramètres actuels, pour ledit profil d’utilisation à tester.
Dans le texte on mentionne que la disponibilité de la batterie dépend de l'état de vieillissement (AR et AC) mais on n'a pas précisé comment identifier cet état. Cet état peut être obtenu par des moyens usuels de type algorithme et/ou de tests.
Claims
1 . Procédé de détermination de l’état de fonctionnement d’une batterie vis-à-vis d’un ou de plusieurs profils d’utilisation, caractérisé en ce qu’il comprend :
une étape d’apprentissage préalable au cours de laquelle on définit, pour un ou plusieurs profils d’utilisation, des limites opérationnelles de ladite batterie en fonction de paramètres de la batterie; lesdites limites opérationnelles délimitant une zone opérationnelle dans laquelle la batterie exécute le ou les profils d’utilisation et une zone non opérationnelle dans laquelle la batterie n’exécute pas le ou les profils d’utilisation,
- une étape de détermination de l’état de fonctionnement de la batterie pour un profil d’utilisation donné au cours de laquelle on détermine les paramètres de la batterie en fonctionnement, et
- une étape de comparaison dans laquelle on compare les limites opérationnelles issues de l’étape d’apprentissage et les paramètres de la batterie en fonctionnement issus de l’étape de détermination et on positionne la batterie dans la zone opérationnelle ou non opérationnelle.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel les paramètres de la batterie comprennent la température, le niveau de charge de la batterie et un ou des paramètres de vieillissement de la batterie.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les paramètres de vieillissement de la batterie sont la résistance interne et la capacité disponible de la batterie.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 , comprenant en outre une étape d’analyse dans laquelle on analyse le ou les paramètres à ajuster pour que la batterie revienne dans la zone opérationnelle.
5. Procédé selon la revendication 4, dans laquelle le ou les paramètres à ajuster sont choisis parmi la température et le niveau de charge.
6. Batterie comprenant un système de gestion de l’état de fonctionnement de la batterie, caractérisée en ce que le système de gestion (6) comporte des moyens de mémorisation (7) dans lesquels sont stockées des limites opérationnelles de la batterie en fonction de paramètres de la batterie, lesdites limites opérationnelles délimitant une zone opérationnelle dans laquelle la batterie exécute le ou les profils d’utilisation et une zone non opérationnelle dans laquelle la batterie n’exécute pas le ou les profils d’utilisation, des moyens (8) pour déterminer des paramètres de la batterie en fonctionnement pour un profil d’utilisation donné et des moyens de comparaison (8) pour comparer les limites opérationnelles stockées dans les moyens de mémorisation et lesdits paramètres de la batterie et pour positionner la batterie dans la zone opérationnelle ou non opérationnelle.
Priority Applications (3)
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| CN201980047996.2A CN112513657A (zh) | 2018-07-17 | 2019-07-16 | 用于确定电池的运行状态的方法和实施这种方法的电池 |
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2019
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